Солёный лёд, страница 105, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 2. Изменения агрегатного состояния вещества. Параграф 26. Лабораторные и исследовательские работы. Практические работы-исследование - страница 105.

Условие.

СОЛЁНЫЙ ЛЁД

Хорошо знакомые нам ученики инженерного класса Петя и Саша обсуждали причины, по которым в зимний период дворники посыпают снег солью. Петя утверждал, что это делается для скорейшего таяния снега на тротуарах, и соль, таким образом, даёт эффект, аналогичный нагреванию. Саша же утверждал, что снег смешивают с солью для понижения температуры смеси во избежание гололёда. Чтобы понять, кто из них прав, ребята обратились за помощью к своему учителю физики. Учитель разъяснил, что на самом деле никакого противоречия нет, поскольку в обоих случаях происходит охлаждение смеси при растворении соли в воде. При этом точка замерзания образовавшегося соляного раствора оказывается ниже точки замерзания чистой воды. Это и предотвращает образование гололёда.

Как пояснил далее учитель, это не единственная особенность солёной воды. Например, представляется интересным вопрос: как соотносятся прочностные свойства льда, приготовленного из солёной и пресной воды? Любознательные ученики решили опытным путём найти ответ на этот вопрос. Давайте и мы вместе с Петей и Сашей проведём все необходимые измерения.

Этапы выполнения задания

• Прежде всего, нам потребуется изготовить формочки для получения узких (шириной $\approx 1,5–2$ см) и тонких (толщиной $\approx 0,5$ см) брусочков льда. Длина брусочков около 15 см. Для изготовления формочек удобно использовать пластиковые профили, которые в широком ассортименте продаются в магазинах строительных материалов.

• Для опытов потребуются также набор грузов из школьного комплекта «Механика», мензурка, электронные весы, соль, вода.

• С помощью мензурки и весов отмеряем необходимые количества воды и соли для приготовления солевого раствора.

• Для расширения базы исследований рекомендуется приготовить солевые растворы с разной концентрацией соли. Например, с концентрацией 5 %, 10 %, 20 % соли.

• Приготовленные растворы заливаем в формочки и помещаем в камеру морозильника.

• Аналогичным образом готовим формочки с чистой водой для получения несолёного льда.

• Приготовленный лёд вынимаем из морозильника и после небольшого оттаивания аккуратно извлекаем из формочек.

• Брусочек своими концами осторожно помещаем на упоры.

• На середину брусочка аккуратно помещаем грузики известной массы (устанавливая их один на другой), постепенно увеличивая нагрузку.

• Фиксируем массу нагрузки, при которой происходит разрушение брусочка.

• Опыты поочерёдно проводим для всех брусочков, включая брусочек из чистого льда.

• Результаты опытов записываем в таблицу в своей тетради.

Концентрация соли, %	Чистый лёд	5 %	10 %	20 %	Насыщенный раствор соли
Масса нагрузки $\text{m}$, г

• По результатам измерений сделайте выводы.

Решение.

По результатам измерений сделайте выводы

Для того чтобы сделать выводы, необходимо проанализировать физический процесс замерзания соленой воды и его влияние на механические свойства льда.

Когда замерзает чистая вода, ее молекулы выстраиваются в упорядоченную кристаллическую решетку, образуя прочный монолитный лед.

При замерзании солевого раствора происходит иной процесс. Молекулы соли (ионы натрия и хлора) не встраиваются в кристаллическую решетку льда. В процессе охлаждения сначала замерзает чистая вода, а концентрация соли в оставшемся жидком растворе увеличивается. В результате образуется не однородная структура, а конгломерат, состоящий из кристаллов чистого льда и микроскопических полостей, заполненных очень концентрированным, незамерзшим солевым раствором (рассолом).

Эти жидкие включения действуют как дефекты в структуре льда, нарушая его целостность и снижая его механическую прочность. Чем выше исходная концентрация соли в воде, тем больше таких включений образуется при замерзании и тем менее прочным будет получившийся лед.

Исходя из этого, можно предсказать результаты эксперимента. В таблице масса нагрузки $\text{m}$, при которой происходит разрушение брусочка, будет уменьшаться с ростом концентрации соли. Наибольшую нагрузку выдержит брусочек из чистого льда, а наименьшую — брусочек, изготовленный из насыщенного раствора соли.

Таким образом, можно ожидать следующую зависимость для массы нагрузки $\text{m}$:
$m_{\text{чистый лёд}} > m_{5\%} > m_{10\%} > m_{20\%} > m_{\text{насыщенный}}$

Вывод: Прочность льда уменьшается с увеличением концентрации соли в воде, из которой он был изготовлен. Солёный лед является более хрупким и менее прочным, чем пресный лед, из-за нарушения его кристаллической структуры включениями незамерзшего солевого раствора.

Ответ: С увеличением концентрации соли в воде прочность получаемого из нее льда уменьшается. Самым прочным является лед из чистой (пресной) воды, а наименее прочным — лед из насыщенного солевого раствора.